Přední, střední a zadní mozkové tepny dodávají žluté, červené a modré části mozku. | Foto kredit: Frank Gaillard, Patrick J. Lynch
Mozek je guzzler, který pálí asi pětinou naší klidové energie a udržuje téměř nic v rezervě. Když se několik tisíc neuronů náhle rozběhlo do aktivity – např. Když si v davu spatříte známou tvář – musí palivo okamžitě dorazit. Krevní cévy se otevírají široké, aby to pustily, ale nemohou okrádat sousední regiony, aby zaplatili za spěch. Celá zásobovací síť se musí vrhnout a tady leží tajemství: zdá se, že i ty nejvzdálenější tepny reagují téměř okamžitě.
Vědci nazývají tento proces neurovaskulární spojení. Neurony střílejí, nedaleké kapiláry se rozšíří a průtok krve stoupá, když se připojují tepny a tlačí více paliva do potrubí. Vědci viděli zprávy cestující „proti proudu“ z menších plavidel na větší, ale známí chemické posly se pohybovaly příliš pomalu, aby vysvětlily split-sekundové výkony mozku. Něco jiného bylo jasně v práci, které téměř okamžitě prošlo výzvou k akci.
Buňky lemující mozkové krevní cévy jsou spojeny mezerami, úzkými portály, které umožňují sousedním buňkám vyměňovat ionty a malé molekuly. Když laboratoř Chengua Gu na Harvardské univerzitě představila serotonin do jedné buňky, proklouzla křižovatkami svým sousedům. Pozdější test odhalil síť spojení, která byla nejsilnější v tepnách a slabší v žilách. Tým zjistil, že dva proteiny Connexinu, CX37 a CX40, byly obzvláště hojné v tepnách a usoudily, že mohou být odpovědné za rychlou výzvu k akci.
Zjištění byla zveřejněna v Buňka v červenci.
University College London Neuroscientist David Attwell řekl, že toto uspořádání umožňuje signály cestovat podél stěn nádoby, aby se rozšířily proti proudu tepen a zvyšovaly průtok krve do aktivních mozkových oblastí. Brant Isakson, vaskulární fyziolog na University of Virginia, dodal, že různá plavidla používají různé connexiny k lepšímu průchodu určitých signálů, „jako konkrétní trubky pro specifické tekutiny“.
Aby dokázal spojení, Harvardský tým choval myši, které chyběly CX37 a CX40 ve stěnách jejich tepny. U zdravých myší poslal výbuch mozkové aktivity rozšíření signálu podél tepen, který dosáhl více než milimetr za čtvrt sekundy. U modifikovaných myší se signál pohyboval třetinou rychlosti.
Mezera se stala nejzřetelnější, když se rozsvítily velké množství mozku. U zdravých myší se rozšiřující účinek rychle rozšířil a synchronizoval v arteriální síti. U modifikovaných myší byla pomalejší, slabší a uvízla poblíž zdroje. Výsledky naznačují, že křižovatky mezer fungovaly jako „mechanismus škálování“, který umožnil růst krve, aby odpovídal prasknutí mozkové aktivity.
Anna Devová, neurovědecka na Bostonské univerzitě, která studuje, jak krevní tok formuje signály fMRI, uvedla, že studie přibila mechanismus, který umožňuje signály pro zvyšování cév cestující podél stěn cév a měří, jak rychle se to stane.
„Znalost mechanismu i rychlosti je k nezaplacení pro počítačové modely spojující mozkovou aktivitu s průtokem krve,“ řekla. Takové modely by podle ní mohly pomoci detekovat vaskulární problémy, testovat léky prakticky a vodiče terapií, zejména pokud jsou spárovány s modely umělé inteligence.
Výsledky by také mohly pomoci vysvětlit nesoulady mezi mozkovým aktivitou a průtokem krve. Devový vzpomněl na pozdní zobrazovací průkopník Amiram Grinvald přirovnávající přísun kyslíku mozku k „zalévání celé zahrady pro jednu žíznivou květinu“. Signály pro rozšíření plavidel často cestují proti proudu a přidávají zpoždění: stovky milisekund v malých tepnách a za sekundu ve větších. Tato studie ukazuje, že křižovatky mezery představují velkou část tohoto zpoždění, přičemž zbytek má pomalejší chemické posly dosahující cílových cév.
Práce může také vyvolávat otázky týkající se nemoci. Attwell poznamenal, že je možné, ale neprokázané, že ztráta spojení mezery ve stárnoucích nebo malých onemocněních cév by mohla snížit průtok krve mozku. Testování této myšlenky, řekl, by znamenalo posílení proteinů u laboratorních zvířat a zjištění, zda to zlepšila funkci mozku.
Podle Isaksona by tato zjištění mohla pomoci vyvinout léky k aktivaci connexinů a objevit, jak se mozkové 20-plusové typy protexinu protexinu spojí do mozaikových spojení, které jemně doladí zprávy z buňky do buňky.
Energetická účinnost mozku závisí na více než jen responzivních neuronech: vyžaduje skrytou vaskulární síť. Zde si tepny vyměňují rychlé zprávy prostřednictvím mezerových křižovatek a koordinují přívodní vedení přes milimetry v mrknutí oka. Tento chatování je připomínkou toho, že mozkový záchrannér je stejně ve svém kabeláži stejně jako při jeho střelbě.
Anirban Mukhopadhyay je genetickým tréninkem a vědeckým komunikátorem z Dillí.
Publikováno – 17. srpna 2025 05:30
